Развитие теории и принципы проектирования регулируемого асинхронного электропривода на базе ступенчатой модуляции

• Автор: Заславец, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 143 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Сравнительный анализ ШИМ и АИМ для управления РАЭП
1.2. Применение ступенчатой модуляции для управления РАЭП
1.3. Анализ переходных процессов в РАЭП-СМ
1.4. Основные показатели РАЭП-СМ
1.5. Способы регулирования РАЭП-СМ
Выводы
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЭП-СМ
2.1. Описание переходных процессов в РАЭП-СМ
2.2. Передаточные функции АД с короткозамкнутым ротором
2.3. Расчет электрических потерь в АД при питании несинусоидальным напряжением
2.4. Расчет коэффициента гармоник по току
2.5. Виды математических моделей ступенчатых функций для
способов СМС
2.6. Ступенчатая квазисинусоидальная кривая, симметричная относительно оси абсцисс (СМС1)
2.7. Ступенчатая квазисинусоидальная кривая, симметричная относительно начала координат (СМС2)
2.8. Ступенчатая квазисинусоидальная кривая, симметричная относительно оси абсцисс и начала координат (СМСЗ)
2.9. Ступенчатая квазисинусоидальная кривая в базисе ортогональных
дискретных функций Уолша
Выводы
3. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС МАТЕМАТИЧЕСКОГО И
ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЗЛ. РАЭП-СМ в составе ПАК МФМ
3.2. Универсальный конструктивный блок СМ-АИН
3.3. Система сбора данных. Устройство сопряжения силовой части и системы сбора данных
3.4. Программное обеспечение для управления, сбора и обработки данных
3.5. Программное обеспечение для проведения численного эксперимента и
имитационного моделирования
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЭП-СМ
4.1. Численный эксперимент
4.2. Физическое моделирование
4.3. Анализ численного эксперимента
4.4. Анализ работы РАЭП-СМ для различных режимов и параметров
Выводы
5. ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАЭП-СМ
5.1. Трехфазный РАЭП-СМ на интеллектуальных модулях
5.2. Универсальный РАЭП-СМ на базе многоканального конвертора
5.3. Учет коэффициента полезного действия СМ-преобразователя
5.4. Система упреждающего управления РАЭП-СМ
5.5. Выводы и рекомендации по реализации РАЭП-СМ
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А. Программа для управления РАЭП-СМ
Приложение Б. Численный эксперимент
Приложение В. Имитационное моделирование
Приложение Г. Результаты физического моделирования
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В диссертационной работе поставлена актуальная научная задача, направленная на исследование, разработку и обоснование применения в народном хозяйстве, промышленности регулируемого электропривода малой мощности (до 5 кВт) на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (РАЭП) с использованием ступенчатой модуляции питающего напряжения.
В настоящее время электропривод на основе асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором нашел самое широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. На сегодняшний день асинхронный электропривод мощностью до 5 кВт составляет 70 % от всего объема асинхронных электроприводов при потреблении 45 % от общего потребления электроэнергии асинхронными двигателями [55]. Около 80% таких приводов нерегулируемые, однако доля регулируемого электропривода быстро увеличивается [38], что определяет значительную потребность в РАЭП малой мощности (до 5 кВт) с гибким управлением выходными координатами, с высокими энергетическими и массогабаритными показателями.
В связи с большими успехами цифровой техники и с развитием современной элементной базы, возникли серьезные предпосылки к созданию РАЭП с управлением на основе ступенчатой модуляции (СМ) с возможностью гибкого регулирования координатами привода, с высокими массогабаритными и энергетическими показателями. Вместе с тем, не проводились системные исследования работы РАЭП с управлением на базе СМ питающего напряжения (РАЭП-СМ), недостаточно полно изучено влияние параметров ступенчатых кривых напряжения на основные показатели и характеристики работы РАЭП.
Систематические исследования регулируемого асинхронного электропривода начались е 1925 г. XX века, когда Костенко М.П. изложил основы теории регулируемого АД и предложил оптимальные соотношения между напря-

(2.13)
^ К-> -р;2 +К, -Р; +К
2-Т22-р1+Т
(2.14)
При этом используется формула (2.5) если Т, > 4Т22, формула (2.6) если Т, = 4Т22, формула (2.7) если Т, < 4Т22.
Необходимо отметить, что в дальнейших расчетах принимается, что СМ-преобразователь является идеальным и содержит идеальные силовые ключи. Это допущение основано на описании характеристик современных силовых ключей в работах [67, 95].
2.2 Передаточные функции АД с короткозамкнутым ротором
Для момента и угла вектора потокосцепления ротора воспользуемся известными передаточными функциями асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по каналу тока статора и скольжения [90]. Они получены из системы линеаризованных дифференциальных уравнений электромагнитных процессов в асинхронном двигателе. Система уравнений записывается в относительных единицах для упрощения ее анализа. При переходе к относительным единицам значения величин необходимо разделить на базовые значения этих величин. В качестве базовых принимаем [90]:
- максимальное значение номинального фазного тока 16 = л/2.1В0М;
- максимальное значение номинального фазного напряжения